IQM révolutionne le quantique avec le CEA-Leti

Imaginez un ordinateur quantique équipé non plus de quelques dizaines, mais de plusieurs dizaines de milliers de qubits. C'est l'ambitieux objectif que s'est fixé IQM, une jeune pousse finlandaise spécialisée dans les technologies quantiques. Pour y parvenir, la société mise sur une collaboration stratégique avec le CEA-Leti, l'un des plus grands centres de recherche appliquée en microélectronique et en technologies de l'information en Europe, basé à Grenoble.

Une intégration 3D révolutionnaire pour démultiplier les qubits

Au cœur de ce partenariat : le développement d'un procédé novateur d'intégration 3D des puces quantiques. L'idée est de superposer plusieurs couches de circuits quantiques sur un substrat en silicium, là où les techniques actuelles ne permettent qu'une intégration 2D limitée. Un défi de taille qui nécessite de repenser entièrement l'architecture des ordinateurs quantiques.

Pour Juha Hassel, responsable de l'ingénierie chez IQM, c'est un passage obligé pour atteindre l'objectif fixé par la startup :

Notre objectif est d'obtenir dans cinq ans un système de 40 000 qubits physiques, ce qui équivaudrait à 250 qubits logiques. On pourrait commencer à réaliser des simulations pour la chimie et à résoudre divers problèmes d'optimisation.

– Juha Hassel, responsable de l'ingénierie à IQM

Un partenariat stratégique avec le CEA-Leti

Pour mener à bien ce projet ambitieux, IQM a choisi de s'allier au CEA-Leti. L'organisme de recherche grenoblois apportera son expertise en matière d'intégration 3D, mais aussi ses moyens technologiques, avec notamment sa ligne pilote qui servira à cTW - développement du nouvelux procédé de fabrication.

Le CEA-Leti avait déjà démontré son savoir-faire dans ce domaine en réalisant un démonstrateur de "packaging quantique". Celui-ci utilise un interposeur en silicium pour relier l'unité de calcul quantique (QPU) à l'électronique de mesure et de contrôle via des interconnexions supraconductrices. Une technologie compatible avec différents types de qubits qui servira de base aux futurs développements avec IQM.

Des qubits supraconducteurs empilés comme des crêpes

Concrètement, le procédé envisagé consiste à empiler verticalement plusieurs circuits quantiques au sein d'une même puce, un peu comme une pile de crêpes. Chaque couche contiendrait des qubits supraconducteurs, le type de qubits utilisés par IQM, mais aussi par des géants comme Google ou IBM.

Pour réaliser les connexions entre ces différentes couches, les ingénieurs comptent utiliser des vias traversants (TSV) en matériaux supraconducteurs, une adaptation des techniques d'intégration 3D de la microélectronique classique. Un véritable casse-tête qui constituera le principal défi d'ingénierie pour IQM :

Notre plus gros défi en matière d'ingénierie sera de réussir à acheminer tous les signaux micro-ondes pour contrôler des dizaines de milliers de qubits.

– Juha Hassel

Un bond en avant vers l'ordinateur quantique du futur

Si IQM parvient à relever ce défi, cela représentera une avancée majeure vers l'ordinateur quantique du futur, capable de résoudre des problèmes complexes hors de portée des supercalculateurs classiques. Avec 40 000 qubits physiques, soit l'équivalent de 250 qubits logiques grâce aux codes de correction d'erreurs, de premiers cas d'usage concrets pourraient voir le jour :

• Simulation de molécules complexes pour accélérer la découverte de nouveaux médicaments ou matériaux
• Optimisation de problèmes combinatoires complexes comme la logistique, la finance ou l'intelligence artificielle
• Cryptographie quantique pour des communications ultra-sécurisées

Autant d'applications qui pourraient bouleverser de nombreux secteurs et ouvrir la voie à de nouvelles découvertes scientifiques. Mais avant cela, IQM devra transformer l'essai et industrialiser son procédé d'intégration 3D. C'est tout l'enjeu de la future usine que la startup prévoit de construire à Grenoble, qui sera dédiée à la production de ses QPU nouvelle génération.

Avec ce projet ambitieux, IQM confirme son statut de pépite européenne du quantique et son intention de jouer dans la cour des grands. La jeune pousse finlandaise, qui a levé plus de 150 millions d'euros depuis sa création en 2018, mise sur une approche hybride combinant qubits supraconducteurs et intégration 3D pour s'imposer sur le marché très convoité de l'informatique quantique. Un pari audacieux qui pourrait bien faire d'IQM l'un des leaders de la révolution quantique de demain.